分散剂和缔合型增稠剂之间的相容性

缔合型增稠剂与表面活性剂不仅具有类似的行为方式，而且还与相同的组分发生 相互作用。两者都是通过吸附到涂料组分的颗粒表面而起作用，因此某些情况下，缔 合型增稠剂与表面活性剂会相互影响从而产生不同的涂料性能。

表面活性剂与缔合型增稠剂会相互影响从而引起涂料性能的变化应引起涂料生产 商的重视。例如，配方中表面活性剂用量过多会导致缔合型增稠剂从乳胶颗粒表面置 换出来进入连续相，从而抑制了缔合型增稠剂产生缔合作用的能力。发生这种现象 时，缔合型增稠剂会类似于传统的羟乙基纤维素(HEC)型增稠剂导致涂料流平性、光 泽以及遮盖性能的下降。

缔合型增稠剂与表面活性剂两者相互作用而可能导致的潜在问题已在许多科学文 献(如Peter R.Sperry et a1.Ad.Org•Coating Sci.& Technol，Series 9，1987)中 进行过详细的探讨。相比之下，分散剂对缔合型增稠剂的性能产生类似的影响所受的 关注较少。最近的研究表明，导致乳胶漆不稳定的一个常见原因可能是分散剂与增稠 剂间的不相容性。从实验结果中我们也发现：2种最常用的缔合型增稠剂疏水改性环 氧乙烷聚氨酯嵌段共聚物(HEUR)增稠剂与疏水改性碱溶性丙烯酸乳液(HASE)增稠剂能 最有效地与不同类型的分散剂作用；HEUR类增稠剂对应于多元酸共聚物分散剂，HASE 类增稠剂则对应于多元酸均聚物分散剂。

1 分散剂与流变改性剂的相容性

分散剂与流变改性剂之间不可避免地存在着相互影响。实际上分散剂是一种特殊 类型的界面活性剂，它们能与涂料中其他组分包括流变改性剂相互作用。在涂料中分 散剂具有基本相同的作用机理，它们能吸附到配方中颜填料颗粒的表面，通过电荷排 斥、空间位阻或两者共同作用来防止颜填料颗粒聚结。

大多数涂料分散剂多为低相对分子质量(1000-50000)、含有羧酸基团的聚合物的 铵或碱金属盐。这些产品通常可分为2类：多元酸均聚物与多元酸共聚物。多元酸均 聚物的单体主要包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、衣康酸或马来酸。多元酸共聚物 由前者酸的单体与其他单体共聚而成。根据共聚单体种类的不同，多元酸共聚物则表 现出不同的亲水性和疏水，陛。

从与流变改性剂的相容性角度来讲，2类分散剂最重要的区别在于它们的羧酸基 团含量。多元酸均聚物分散剂要比多元酸共聚物产品的酸含量更高，这对于HASE类增 稠剂而言是一个有蛩兀杂贖EUR增稠剂类产品则不利。除了酸含量外，分散剂 是否具有表面活性剂类似的性质也很重要。具有表面活性类似性质的分散剂含量高时 会对HASE类增稠剂产生负面的影响。

2 HASE与分散剂的相互作用 2.1 酸含量的影响

酸含量高的分散剂有利于与HASE类增稠剂配合使用。HASE类增稠剂结构中一方面 含有疏水性单体能使其吸附到乳胶颗粒表面，同时像分散剂一样结构中含有羧酸基 团。因而增稠剂能以与分散剂相同的方式吸附到无机颜填料表面。

事实上，分散剂与缔合型增稠剂在颜料及填料颗粒的表面形成相互竞争吸附的关 系。与分散剂分子相比，HASE类增稠剂由于其相对分子质量较高，它的分子链要长得

多，分子链上能吸附多个无机颗粒，从而导致桥式絮凝。因而如果分散剂不能在吸附 竞争中胜出，涂料的性质就会受到负面影响。

与多元酸共聚物相比，多元酸均聚物的羧酸基团含量较高，因而更能牢固地吸附到 无机(颜料与填料)颗粒表面。因此，多元酸均聚物分散剂比较不容易被HASE类增稠剂 取代，涂料也不易产生桥式絮凝。 2.2 具有表面活性剂结构的分散剂

羧酸含量相对较低并不是惟一限制多元酸共聚物分散剂与HASE类增稠剂一起使用 的原因。

一些分散剂产品同时具有疏水性及亲水性，因此会表现出许多类似表面活性剂的 性质。

前面已经提到，在与HASE类增稠剂竞争吸附到乳胶颗粒的表面时，表面活性剂具 有吸附竞争优势。因而当增稠剂从乳胶颗粒表面置换出来进入涂料的水相时，它就只 能通过纤维素增稠剂所适用的体积限制絮凝机理进行增稠。用这种方式增稠的涂料具 有剪切变稀并且易于絮凝的特点。因此，它们表现出流平性、光泽度以及遮盖力相对 较差。HASE与HEUR类增稠剂都易于被表面活性剂从乳胶颗粒表面置换出来，但HASE类 产品的问题则更为严重，因为它们对乳胶颗粒表面吸附作用较弱。

分散剂如Tamol 681具有与表面活性剂类似的性质，因而使用这些分散剂时会与表面 活性剂一样对涂料的流变特性产生同样的影响。Tamo1 681与HASE类增稠剂配合使用 的影响如图2所示(使用HASE类增稠剂Acrysol RM-5进行增稠，配方除分散剂外均相 同)。因为Tamol 681分散剂的用量相对较高，容易导致增稠剂的解吸。因而含有 Tamo1 681的配方显示出纤维素增稠涂料所具有的高低剪切黏度以及低高剪切黏度特 性，应用时会产生刷痕及涂膜丰满度欠佳问题。相反使用Orotan 1124分散剂的配方 其黏度特性近似为牛顿流体，这表明该配方具有良好的拽刷性能以及流平性。

2.3 HEUR与分散剂相互作用

与HASE类增稠剂配合使用时，高酸含量的多元酸均聚物分散剂十分有利，然而与 HEUR增稠剂配合使用时，建议使用酸含量较低的多元酸共聚物分散剂。

HEUR类增稠剂其聚氧乙烯主链具有亲水性，正常情况下能与水形成氢键。然而在 离子浓度较大的环境下，水则更易与离子结合，因此引起主链脱水使增稠剂不能溶 解。增稠剂不能很好地发挥作用，在微观尺度上发生相分离，产生絮凝导致流动性及 光泽下降或分水。

这些现象可以通过制备2个基于Rhoplex SG-10M乳液和HEUR增稠剂AcrysolRM- 1020的半光涂料配方进行说明。配方1使用多元酸均聚物分散剂Tamol 1254；另一配 方使用多元酸共聚物分散剂Orotan 731A。由表1可以发现，用相容性较好增稠剂/分 散剂(Acrysol 1020/Orotan 731A)配合使用的配方所体现出的黏度、光泽及着色性符 合典型的高质量半光涂料特点，而第二种配方在这些方面毫无疑问是较差的。这就清 楚地表明分散剂和增稠剂匹配不当给涂料带来较大的负面影响。

显然，任何离子含量高的原料都会导致HEUR类增稠剂溶解性的下降。多元酸均聚 物分散剂由于其羧基含量高而成为这些离子的主要采源，但这些离子也可以来自于离 子型表面活性剂、颜料浆、辅助分散剂(如三聚磷酸钠)以及纤维素增稠剂溶液浆。这 些组分含量的略微变化都会对涂料性能产生较大的影响。

例如，我们来看2个纯丙乳液24PVC、32％VS配方。2个配方都使用HEUR类增稠剂 Acrysol RM-1020和多元酸共聚物分散剂Orotan 731A，这2个配方的惟一区别在于二

氧化钛的形态。配方1中使用二氧化钛粉料；配方2中使用二氧化钛浆料(表2)。后一 种情况中，涂料对比率与光泽明显下降，表明涂料受到了相分离而导致絮凝。通常使 用浆料时常造成黏度的下降,在这个例子中黏度没有明显变化。

对于这些问题，涂料生产厂商所采用一些方法加以避免。如改用多元酸共聚物分 散剂，其低酸含量可防止不利影响；同时减少或避免小分子分散剂如三聚磷酸钠以及 离子型表面活性剂的使用也很有益。 表1 分散剂/增稠剂对涂料性能的影响 分 散 刑

性 能 Orotan 731A Tamol 1254 平衡黏度 Stormer/KU 87 76 ICI/Toise 0.16 0.13 展色性(△E值) 酞菁蓝 0.07 1.56 氧化铁红 0.19 2.03 灯黑 0.66 2.86 光泽 20° 31 17 60° 73 60

注：①展色性的大小表示色漆在受到剪切力前后涂料E值的变化，0表示在外力作 用下涂料的颜色不变。 表2 料对涂料稳定性的影响 颜料形态

性 能 Ti02粉料 Ti02浆料 平衡Stormer黏度/KU 93 93 平衡ICI黏度/Toise 0.11 0.11 对比率/％ 0.92 0.91 光泽(7 d) 20° 13 6 60° 50 36 2.4 配方提示

理想情况下，涂料配方师用来避免缔合型增稠剂与分散剂不良相互作用的策略非 常简单，将多元酸均聚物分散剂与阴离子HASE类增稠剂例如Acrysol RM-7，Acrysol DR系列，Acrysol TT-935以及Acrysol TT-615一起使用；将多元酸共聚物分散剂与非 离子HEUR类增稠剂如Acrysol RM-8W，Acrysol SCT-275以及Acrysol RM-2020NPR， Acrysol RM-5000一起使用。然而实际的工作并不那么简单。

任何分散剂的主要作用都是为了帮助体系稳定的分散。因此，选择分散剂时，配 方师首先关心的是被选物能否在配方的颜填料中有效地发挥分散稳定作用。同时配方 的目标光泽也是选择分散剂的一个关键因素。典型涂料分散剂的光泽潜力差别很大， 配方师必须选择一种适合于所制备涂料类型的分散剂。除了与增稠剂相容性及光泽潜 力以外，分散剂在许多其他方面性能也有所不同。这些方面包括起泡性、耐水性、氧 化锌相容性、耐腐蚀性、湿附着以及影响涂料生产厂商成本的分散效率特性。 由于所有这些因素都需要考虑，任何生产厂商不可能仅根据与增稠剂的相容性来 选择分散剂。相反，配方师必须选择适合产品来平衡各方面的性能使其最大地满足自

身需要。实际应用中，这也可能意味着将多元酸共聚物分散剂与HASE类增稠剂或者将 多元酸均聚物分散剂与HEUR类产品一起使用。

在这些情况下，配方师可能遇到涂料稳定性问题。现代乳胶漆中组分的相互作用 多而复杂，因此涂料生产厂商完全可能开发一种含有未能达到最佳相容的分散剂与增 稠剂的成功的配方。因而即使产生了稳定性问题，也不能将问题完全归咎于增稠/分 散剂的相互作用，还有其他可能的原因。

因此，涂料生产商最好的选择可能就是按照供应商的建议来选择分散剂与增稠 剂，并牢记它们两者之间的不相容性是导致涂料不稳定的一个可能因素。设计配方 时，配方师可以将组分的选择限制在相容的产品中。如果配方环境确实要求选择可能 不相容的产品，至少生产商需要知道潜在的问题，这样就可以根据意外采取应对措 施，一旦发生问题时对这些问题进行及时处理。 3 结 语

缔合型增稠剂作用机理的复杂性大大提高了涂料生产商控制乳胶漆流变特性的能 力。使用这些缔合产品，可以使配方师获得与传统的纤维素类增稠剂相比具有更好的 应用及成膜特性。然而通常的情况是，这些改善也需要代价，至少部分代价就是在使 用流变改进剂时增加了配方的复杂性。

缔合型增稠剂在改善流变性的同时也使得配方师的工作更为复杂。因为它的效果 是通过与涂料配方中其他组分相互作用而获得，并且这种相互作用可能会给涂料性能 带来积极或消极的影响，因而新的重点应放在配方中其他组分与缔合型增稠剂的性能 的相互影响上。

以前我们忽视了分散剂与缔合型增稠剂之间的相互作用对乳胶漆稳定性的影响。HASE 类增稠剂可将多元酸共聚物分散剂从颜填料表面置换出来，从而引起桥式絮凝；另一 方面HEUR类产品在多元酸均聚物分散剂存在时会发生盐析。为了尽可能避免问题的出 现，建议将多元酸均聚物分散剂与HASE类增稠剂配合，而多元酸共聚物分散剂宜与 HEUR类增稠剂配合使用。